การพัฒนาและสถานะทางการตลาดของเลเซอร์แบบปรับได้ (ตอนที่สอง)
หลักการทำงานของเลเซอร์แบบปรับได้
มีหลักการคร่าวๆ สามประการในการปรับความยาวคลื่นเลเซอร์ ส่วนใหญ่เลเซอร์แบบปรับได้ใช้สารทำงานที่มีเส้นเรืองแสงกว้าง ตัวสะท้อนที่ประกอบเป็นเลเซอร์มีการสูญเสียต่ำมากในช่วงความยาวคลื่นที่แคบมาก ดังนั้น วิธีแรกคือการเปลี่ยนความยาวคลื่นของเลเซอร์โดยการเปลี่ยนความยาวคลื่นที่สอดคล้องกับบริเวณการสูญเสียต่ำของตัวสะท้อนด้วยองค์ประกอบบางอย่าง (เช่น เกรตติง) วิธีที่สองคือการเปลี่ยนระดับพลังงานของการเปลี่ยนผ่านของเลเซอร์โดยการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ภายนอกบางอย่าง (เช่น สนามแม่เหล็ก อุณหภูมิ ฯลฯ) วิธีที่สามคือการใช้เอฟเฟกต์แบบไม่เชิงเส้นเพื่อให้เกิดการแปลงและการปรับความยาวคลื่น (ดู ออปติกแบบไม่เชิงเส้น การกระเจิงรามานที่ถูกกระตุ้น การเพิ่มความถี่แสงเป็นสองเท่า และการสั่นแบบพาราเมตริกเชิงแสง) เลเซอร์ทั่วไปที่อยู่ในโหมดการปรับแบบแรก ได้แก่ เลเซอร์สีย้อม เลเซอร์ไครโซเบริล เลเซอร์ศูนย์สี เลเซอร์ก๊าซแรงดันสูงแบบปรับได้ และเลเซอร์เอ็กไซเมอร์แบบปรับได้
เลเซอร์แบบปรับได้จากมุมมองของเทคโนโลยีการรับรู้แบ่งออกเป็น: เทคโนโลยีการควบคุมปัจจุบัน เทคโนโลยีการควบคุมอุณหภูมิ และเทคโนโลยีการควบคุมเชิงกล
หนึ่งในนั้นคือเทคโนโลยีการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งใช้การปรับความยาวคลื่นโดยการเปลี่ยนกระแสฉีด ด้วยความเร็วในการปรับระดับ NS แบนด์วิดท์การปรับที่กว้าง แต่กำลังขับต่ำ โดยใช้เทคโนโลยีการควบคุมอิเล็กทรอนิกส์หลักๆ คือ SG-DBR (sampling grating DBR) และ GCSR laser (auxiliary grating directional coupling backward-sampling reflection) เทคโนโลยีการควบคุมอุณหภูมิจะเปลี่ยนความยาวคลื่นเอาต์พุตของเลเซอร์โดยการเปลี่ยนดัชนีหักเหของบริเวณแอคทีฟของเลเซอร์ เทคโนโลยีนี้เรียบง่ายแต่ทำงานช้า และสามารถปรับได้ด้วยแบนด์วิดท์แคบเพียงไม่กี่นาโนเมตร เทคโนโลยีหลักๆ ที่ใช้เทคโนโลยีการควบคุมอุณหภูมิ ได้แก่ดีเอฟบี เลเซอร์(Distributed Feedback) และเลเซอร์ DBR (Distributed Bragg reflection) การควบคุมเชิงกลส่วนใหญ่ใช้เทคโนโลยี MEMS (ระบบไมโครอิเล็กโทรแมคคานิคัล) เพื่อเลือกความยาวคลื่นให้สมบูรณ์ พร้อมแบนด์วิดท์ที่ปรับได้กว้างและกำลังขับสูง โครงสร้างหลักที่ใช้เทคโนโลยีการควบคุมเชิงกล ได้แก่ DFB (Distributed Feedback) ECL (เลเซอร์โพรงภายนอก) และ VCSEL (เลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวโพรงแนวตั้ง) หลักการของเลเซอร์แบบปรับค่าได้จะอธิบายได้ดังนี้
การประยุกต์ใช้การสื่อสารด้วยแสง
เลเซอร์แบบปรับค่าได้เป็นอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่สำคัญในระบบมัลติเพล็กซ์แบบแบ่งความยาวคลื่นหนาแน่นรุ่นใหม่และการแลกเปลี่ยนโฟตอนในเครือข่ายออปติคัลทั้งหมด การประยุกต์ใช้เลเซอร์แบบปรับค่าได้นี้ช่วยเพิ่มขีดความสามารถ ความยืดหยุ่น และความสามารถในการปรับขนาดของระบบส่งสัญญาณใยแก้วนำแสงได้อย่างมาก และยังสามารถปรับค่าได้อย่างต่อเนื่องหรือกึ่งต่อเนื่องในช่วงความยาวคลื่นกว้าง
บริษัทและสถาบันวิจัยทั่วโลกกำลังส่งเสริมการวิจัยและพัฒนาเลเซอร์แบบปรับความยาวคลื่นอย่างแข็งขัน และมีความก้าวหน้าใหม่ๆ อย่างต่อเนื่องในสาขานี้ ประสิทธิภาพของเลเซอร์แบบปรับความยาวคลื่นได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องและต้นทุนก็ลดลงอย่างต่อเนื่อง ปัจจุบัน เลเซอร์แบบปรับความยาวคลื่นแบ่งออกเป็นสองประเภทหลักๆ ได้แก่ เลเซอร์แบบปรับความยาวคลื่นเซมิคอนดักเตอร์และเลเซอร์ไฟเบอร์แบบปรับความยาวคลื่นได้
เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เป็นแหล่งกำเนิดแสงสำคัญในระบบสื่อสารด้วยแสง มีขนาดเล็ก น้ำหนักเบา ประสิทธิภาพการแปลงสูง ประหยัดพลังงาน ฯลฯ และสามารถเชื่อมต่อออปโตอิเล็กทรอนิกส์แบบชิปเดี่ยวเข้ากับอุปกรณ์อื่นๆ ได้อย่างง่ายดาย สามารถแบ่งได้เป็นเลเซอร์ป้อนกลับแบบกระจายที่ปรับได้ เลเซอร์กระจกแบรกก์แบบกระจาย เลเซอร์เปล่งแสงพื้นผิวโพรงแนวตั้งของระบบไมโครมอเตอร์ และเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์โพรงภายนอก
การพัฒนาเลเซอร์ไฟเบอร์แบบปรับได้เพื่อใช้เป็นตัวกลางรับแสง และการพัฒนาไดโอดเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์เพื่อใช้เป็นแหล่งกำเนิดสัญญาณปั๊ม ได้ส่งเสริมการพัฒนาเลเซอร์ไฟเบอร์อย่างมาก เลเซอร์แบบปรับได้นี้ใช้แบนด์วิดท์รับแสง 80 นาโนเมตรของไฟเบอร์ที่โดป และมีการเพิ่มฟิลเตอร์เข้าไปในลูปเพื่อควบคุมความยาวคลื่นเลเซอร์และปรับความยาวคลื่นให้เหมาะสม
การพัฒนาเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบปรับได้กำลังดำเนินไปอย่างรวดเร็วทั่วโลก เลเซอร์แบบปรับได้กำลังเข้าใกล้เลเซอร์ความยาวคลื่นคงที่มากขึ้นเรื่อยๆ ทั้งในด้านต้นทุนและประสิทธิภาพ เลเซอร์แบบปรับได้จึงถูกนำไปใช้ในระบบสื่อสารมากขึ้นเรื่อยๆ และมีบทบาทสำคัญในเครือข่ายออปติกทั้งหมดในอนาคต
แนวโน้มการพัฒนา
เลเซอร์แบบปรับความยาวคลื่นมีหลายประเภท ซึ่งโดยทั่วไปได้รับการพัฒนาโดยการนำกลไกการปรับความยาวคลื่นมาใช้เพิ่มเติมบนพื้นฐานของเลเซอร์ความยาวคลื่นเดียวชนิดต่างๆ และมีการนำสินค้าบางประเภทออกสู่ตลาดต่างประเทศ นอกจากการพัฒนาเลเซอร์แบบปรับความยาวคลื่นแสงแบบต่อเนื่องแล้ว ยังมีรายงานการพัฒนาเลเซอร์แบบปรับความยาวคลื่นที่มีฟังก์ชันอื่นๆ ในตัว เช่น เลเซอร์แบบปรับความยาวคลื่นที่รวมเข้ากับชิป VCSEL ตัวเดียวและตัวปรับการดูดกลืนแสงไฟฟ้า และเลเซอร์ที่รวมเข้ากับตัวสะท้อนแบรกก์แบบเกรตติงตัวอย่าง และเครื่องขยายสัญญาณแสงแบบเซมิคอนดักเตอร์ และตัวปรับการดูดกลืนแสงไฟฟ้า
เนื่องจากเลเซอร์แบบปรับความยาวคลื่นได้ถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลาย เลเซอร์แบบปรับความยาวคลื่นได้ของโครงสร้างต่างๆ จึงสามารถนำไปประยุกต์ใช้กับระบบต่างๆ ได้ ซึ่งแต่ละระบบก็มีข้อดีและข้อเสีย เลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์แบบโพรงภายนอกสามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงแบบปรับความยาวคลื่นได้แบบแบนด์วิดท์กว้างในเครื่องมือทดสอบที่มีความแม่นยำสูง เนื่องจากมีกำลังเอาต์พุตสูงและความยาวคลื่นที่ปรับความยาวคลื่นได้อย่างต่อเนื่อง จากมุมมองของการผสานรวมโฟตอนและการรองรับเครือข่ายออปติคัลทั้งหมดในอนาคต DBR แบบเกรตติ้งตัวอย่าง, DBR แบบเกรตติ้งโครงสร้างเหนือระดับ และเลเซอร์แบบปรับความยาวคลื่นที่ผสานรวมกับตัวปรับสัญญาณและตัวขยายสัญญาณ อาจเป็นแหล่งกำเนิดแสงแบบปรับความยาวคลื่นที่มีแนวโน้มดีสำหรับ Z
เลเซอร์ไฟเบอร์แบบปรับแต่งได้พร้อมช่องแสงภายนอก (external cavity) ก็เป็นแหล่งกำเนิดแสงที่มีแนวโน้มดีเช่นกัน เนื่องจากมีโครงสร้างเรียบง่าย ความกว้างของเส้นแคบ และการเชื่อมต่อไฟเบอร์ที่ง่ายดาย หากสามารถรวมตัวมอดูเลเตอร์ EA เข้ากับช่องแสงได้ ก็จะสามารถใช้เป็นแหล่งกำเนิดแสงโซลิตันแบบปรับแต่งได้ความเร็วสูงได้เช่นกัน นอกจากนี้ เลเซอร์ไฟเบอร์แบบปรับแต่งได้ที่ใช้เลเซอร์ไฟเบอร์ก็มีความก้าวหน้าอย่างมากในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา คาดว่าประสิทธิภาพของเลเซอร์แบบปรับแต่งได้ในแหล่งกำเนิดแสงการสื่อสารด้วยแสงจะได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้น และส่วนแบ่งตลาดจะค่อยๆ เพิ่มขึ้น พร้อมกับโอกาสการใช้งานที่สดใส
เวลาโพสต์: 31 ต.ค. 2566